川北紫色土深丘区小流域降雨及土壤侵蚀特征分析

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土壤侵蚀是目前世界范围内最重要的环境问题之一。土壤侵蚀的直接后果就是土层变薄、养分流失、土地资源遭到破坏,加剧粮食危机,同时侵蚀产沙还会淤积河道及湖泊水库,污染水质,加剧洪涝灾害。中国是世界上的人口大国与农业大国,也是世界上土壤流失最严重的国家之一。紫色土是一种特殊的土类,以其幼年性和富盐性著称于世,我国紫色土的面积为16万km~2,主要分布在川、渝、滇、黔、湘、浙、赣、苏等省(直辖市),其中四川盆地分布最为集中,紫色土面积占耕地总面积的68%。紫色土分布区雨量丰富,降雨集中,暴雨频繁,地表植被覆盖差,使得紫色土区的土壤侵蚀非常严重。研究表明,紫色土侵蚀严重程度仅次于黄土高原的黄土。因此,深入剖析紫色土的侵蚀规律,是保护水土资源、改善农田水分与施肥管理、防治农业非点源污染等的机理及变化规律的基础,也是解决紫色土流失问题和提高农业生产的基础。影响土壤侵蚀的因素很多,而降雨是侵蚀产沙的直接动力因子。因此,准确度量降雨侵蚀力,分析降雨及土壤侵蚀特征,建立回归模拟方程,是定量研究土壤侵蚀规律和有效防治土壤侵蚀的基础。本文以四川省南部县升钟水土保持试验站Ⅱ号小流域11年的降雨、径流泥沙观测资料为基础,分析降雨、径流及土壤流失量之间的关系,探索川北紫色土深丘区降雨及土壤侵蚀特征,主要结论如下:(1)试验小流域1991-2001年的降雨特征分布如下:①汛期(5-10月)降雨量占年降雨量的85%以上。汛期降雨量和年降雨总量呈线性相关,相关系数达0.9920,汛期降雨量的变化趋势与年降雨量的变化趋势基本一致。汛期多年平均月降雨量呈现单峰型分布,波动性小,相对稳定。通过逐年降雨总量与多年平均降雨量比较分析降雨的年际分布发现:1991年、1992年和2001年属正常年,1994-1997年属干旱年,1993年、1998年、1999年和2000年属丰水年。②1991-2001年的年平均降雨日数为115.4d,汛期平均降雨日数为70d。降雨日数的年内分布呈现双峰型,7月份出现谷值;而年际分布总体上呈现减小的趋势,且汛期降雨日数与年降雨日数的变化趋势基本上一致,汛期降雨日数占年降雨日数的比例为46.67%-75.25%。③汛期月最大日平均降雨量呈现单峰型分布特征,均超过研究区侵蚀性降雨10mm的标准,因此汛期为土壤流失的主要时期。1991-2001年最大次降雨量为218.2mm(2001年7月),最小次降雨量为1.1mm(1998年10月),相差198.36倍。④1991-2001年,年最大日降雨量、最大次降雨量和一次降雨最大平均雨强均出现在5-9月,即全部发生在汛期,尤以6、7、8三个月居多;最大日降雨量的年际分布表现出双峰型;最大次降雨量的年际分布较复杂,其中2001年8月18-19日的次降雨量最大;一次降雨平均最大雨强的年际分布的波动性较大,由于降雨强度是由降雨量和降雨历时所决定,具有偶然性,其中1996年8月19日的次降雨平均雨强最大。(2)降雨侵蚀力R值的估算采用CREAMS模型计算汛期逐日降雨侵蚀力值,逐日累加即为月降雨侵蚀力R_m值,再累加逐月降雨侵蚀力R_m值得到年降雨侵蚀力R_y值。汛期(5-10月)月降雨侵蚀力R_m值依次为319.67、798.96、993.96、1185.62、563.07和170.38 MJ·mm/hm~2·h,8月份降雨侵蚀力R_m值最大,6、7、8三个月的降雨侵蚀力值占汛期(全年)的73.87%。多年平均降雨侵蚀力R值为3777.39 MJ·mm/hm~2·h。通过比较降雨侵蚀力值的分布发现,汛期侵蚀性降雨主要发生在6、7、8、9四个月,占汛期总次数的82.0%;其中9月的侵蚀性降雨发生次数最多,多年平均4.7次,最小出现在10月,多年平均1.4次。1991-2001年侵蚀性降雨发生次数的总体变化趋势为1992年、1998年和2000年相对较高,1994年、1996年和1997年偏少,其余年度的发生次数相对集中。用月降雨量P_m计算月降雨侵蚀力R_m值的最佳算法表现为幂函数形式,与CREAMS模型相类似;而用汛期总雨量P_y计算年降雨侵蚀力R_y的最佳计算方法符合负指数函数形式。(3)试验小流域汛期月径流量的变化呈现单峰型,8月径流量最大。1991-2001年径流量的变化情况不明显,但总体上可分为三个层次,1991年和1993年偏高;1994-1998年相对偏低;其余年份居中;由此说明,径流量的变化除与降雨有关外,还与下垫面(土壤性质、植被、耕作方式等)状况有关。汛期产流主要发生在6、7、8三个月,占汛期产流总次数的85.8%,其变化趋势与径流量的变化趋势一致,呈现单峰型,且8月产流次数最多。1991-2001年产流次数总体上逐年减小,其中1991年产流次数最多。(4)试验小流域汛期月降雨量与径流量、汛期降雨总量与径流总量之间均符合负指数函数方程,由于侵蚀性降雨全部发生在汛期,故汛期径流总量也可以表示为年径流量。(5)试验小流域的土壤流失量主要集中在6、7、8三个月(54.742t),占汛期土壤流失总量(55.245t)的99.09%。因此,土壤流失量主要发生在汛期,特别是6、7、8三个月。汛期月雨量P_m与土壤流失量T_m、汛期降雨总量P_y与土壤流失量T_y及年降雨侵蚀力R_y值与土壤流失量L_y之间均符合负指数函数方程,而汛期月降雨侵蚀力R_m值与土壤流失量L_m之间符合双曲线函数方程。
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